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Verfahrenstechnik 11/2016

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Verfahrenstechnik 11/2016

MESSE-SPECIAL I SPS IPC

MESSE-SPECIAL I SPS IPC DRIVES Sicherer Strom Absicherung von USV-Anlagen in der Chemieindustrie Halle 5, Stand 310 Thomas Kramer Die zuverlässige Stromversorgung von Anlagen in der Chemie- und Prozessindustrie ist ein entscheidender Baustein zur Herstellung ausgezeichneter Produkte und trägt somit direkt zum Unternehmenserfolg bei. Bedingt durch die Zunahme von Netzschwankungen gewinnt der Schutz vor diesen Ereignissen oder gar vor einem Netzausfall zunehmend an Bedeutung. Die Unternehmen treiben daher den Einsatz unterbrechungsfreier Stromversorgungen konsequent voran. Das Ziel ist, den Prozess auch bei einem Netzausfall stabil weiter zu betreiben oder aber zumindest in einen sicheren Zustand überführen zu können. Gerade im Bereich der Chemie- und Prozessindustrie gilt es, plötzliche Abschaltungen ganzer Anlagenbereiche zu verhindern, da dies sonst Konsequenzen hätte. Dieses Gefahrenpotenzial führt zu hohen Investitionen, die allerdings oft zwei- Autor: Thomas Kramer, Geschäftsfeldmanager Industry, Energy & Equipment, E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH, Altdorf felhaft sind. Grund dafür ist die begrenzte Ausgangsleistung der verwendeten unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV). Diese limitiert den möglichen Überstrom, den die USV-Anlage im Fehlerfall liefern kann. Kommt es z. B. zu einem Kurzschluss, so überschreitet der Kurzschlussstrom sehr rasch den maximalen zulässigen Strom und übersteigt damit die Belastungsgrenze der USV-Anlage. Aus Eigenschutz führt eine derartige Überlastung der USV-Anlage zur sofortigen Abschaltung. Dies hat für die anderen angeschlossenen Lasten unerwünschte Konsequenzen. In diesem Fall wird nicht nur der fehlerhaft Pfad, sondern die gesamte USV- Anlage abgeschaltet. Das primäre Ziel einer USV-Anlage, der Schutz vor Spannungseinbrüchen und die Gewährleistung der Energiesicherheit, sind nicht mehr gegeben. Die Abschaltung der USV-Anlage führt zum Anlagenstillstand und zu undefinierten Zuständen mit allen damit verbundenen Gefahren. Zur Absicherung von USV-Anlagen kommen bisher meist konventionelle Schutzschalter zum Einsatz. Diese Leitungsschutzschalter reagieren, aufgrund ihrer Kennlinie, nur sehr langsam bzw. unzuverlässig. Ein Leistungsschutzschalter mit einer Kennlinie vom Typ C und einem Nennstrom von 10 A benötigt einen Strom von mindestens 100 A, um in 10 ms aus- 40 VERFAHRENSTECHNIK 11/2016

SPS IPC DRIVES I MESSE-SPECIAL Die linke Abbildung zeigt, dass die Kennlinie des Leitungsschutzschalters außerhalb der Kennlinie der USV-Anlage liegt. Das bedeutet, im Fehlerfall kann die USV-Anlage den notwendigen Strom zur Auslösung des Leitungsschutzschalters nicht liefern. Dieser löst somit nicht bzw. verspätet aus und die USV-Anlage schaltet aufgrund der Überlastung ab. Alle angeschlossenen Verbraucher werden ebenfalls abgeschaltet. Das Elektronik- und Softwaremodul (Bild rechts) verschiebt die Kennlinie des Leitungsschutzschalters in den Arbeitsbereich der USV-Anlage. Somit sichert dieser im Fehlerfall die USV-Anlage und schaltet nur den fehlerhaften Lastkreis ab. zulösen. Kann dieser Strom nicht bereitgestellt werden, verlängert sich die Auslösezeit. Im Extremfall löst der Schutzschalter nicht aus. Somit muss die USV-Anlage so groß dimensioniert werden, dass diese neben der normalen Belastung und der Versorgung der angeschlossenen Lasten auch auf solche Ereignisse reagieren kann. Dieses führt zu einer deutlichen Erhöhung der zur Verfügung gestellten Anlagenleistung und somit zu einer Steigerung der Investitionskosten. Die für den Anlagenbetreiber anfallenden Kosten beschränken sich allerdings nicht nur auf die höheren Ausgaben durch den Kauf leistungsstärkerer USV-Anlagen, auch die Kosten für die Wartung und den Betrieb der USV-Anlage steigen deutlich. Dies hängt zusammen mit höheren Verlustleistungskosten und dem deutlich schlechteren Wirkungsgrad der überdimensionierten Anlage. Leitungsschutzschalter mit Zusatz Abhilfe liefert die Electronic Breaker Unit EBU aus dem Hause E-T-A. Dieses Gerät ist eine Kombination aus einem Leitungsschutzschalter nach EN 60947-2 und einem speziell für diese Anwendung entwickelten Zusatzmodul. Der Leitungsschutzschalter gewährleistet die Abschaltung eines Kurzschlussstroms von bis zu 10 000 A. Das zusätzliche Elektronik- und Softwaremodul ermöglicht gleichzeitig die Anpassung des Gerätes an die verwendete USV-Anlage und deren optimalen Schutz im Fehlerfall. Der Typ EBU ist lieferbar für die Nennströme 6 A, 10 A und 16 A und die Charakteristiken B und C. Seine Einstellbarkeit macht die richtige Projektierung der Anlage und die Auswahl der zu verwendenden Geräte sehr einfach. Im ersten Schritt dient der vom USV-Hersteller geforderte Leitungsschutzschalter als Grundlage für die Auswahl des EBU. Fordert der USV-Hersteller z. B. einen Leitungsschutzschalter vom Typ C10, so kann in diesem Fall der gleiche EBU-Typ ausgewählt werden. Im zweiten Schritt wird dann der EBU auf den Nennstrom der USV-Anlage und die vorliegende Last angepasst. Durch diese Einstellung kommt es im Fehlerfall zu einer zuverlässigen Auslösung – ausschließlich im betroffenen Lastkreis. Das verhindert das Abschalten der gesamten USV-Anlage. Dies sichert den, gerade in der Chemieindustrie wichtigen, weiteren Betrieb der nicht betroffenen Lastkreise und verhindert dadurch undefinierte Anlagenzustände. Diese Funktionalität realisiert das zusätzliche Elektronik- und Softwaremodule. Dies misst kontinuierlich den Strom und die Spannung der Last. Aufgrund der programmierten Algorithmen ist das Gerät in der Lage, Muster zu erkennen und im Fehlerfall sicher abzuschalten. Der Typ EBU ermöglicht somit die genaue Anpassung der USV-Anlage an die Notwendigkeiten und verringert dadurch Überdimensionierungen. Dies erfolgt durch die Verschiebung der Kennlinie des Leitungsschutzschalters. Die Abbildung stellt das Verfahren in leicht vereinfachter Form dar. Darüber hinaus reduziert sich die notwendige Anlagengröße. Durch die Verwendung des EBU kann die Anlage auf den benötigten Last-Nennstrom angepasst werden. Die Überdimensionierung der Anlage aufgrund des im Fehlerfall notwendigen Stroms entfällt. Dadurch verkleinert sich Anlage um ein Drittel. Dieses führt zu einer Reduzierung der jährlichen Energiekosten um rund 40 Prozent. Der EBU erhöht somit die Anlagenverfügbarkeit und reduziert die Investitionskosten und den Energieverbrauch der gesamten USV-Anlage. Fotos: Fotolia, E-T-A www.e-t-a.de VERFAHRENSTECHNIK 11/2016 41

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